我国钛白工业的现状及发展前景

王丽莹 贾文婷 付雅君

（沈阳师范大学化学化工学院， 辽宁 沈阳 110034）

我国钛白工业的现状及发展前景

王丽莹 贾文婷 付雅君

（沈阳师范大学化学化工学院， 辽宁 沈阳 110034）

我国钛矿储量丰富，但却未能对其进行物尽其能的充分利用。目前的工业生产中普遍存在高污染，高能耗，产量低等明显不足。在钛白工业发展过程中，人们先后提出运用了硫酸法，氯化法，盐酸法，碱法等生产工艺，并不断丰富完善，正在向创建一种绿色环保的工业生产模式努力。

钛白工业；碱法；绿色环保

钛白粉是一种白色无机颜料，除锐钛型和金红石型两种主要晶型外，工业生产中还分为非颜料级产品和纳米类产品。由于它的物理化学性能极好，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤和橡胶等工业［1-4］。

中国经过近几年的产能扩建，钛白粉的产能和产量均已经超过美国，跃升为世界第一大钛白粉生产国，2013年我国钛白粉产能达到280万吨，占全球总产能的38.8%［5］。但我国对钛白工艺的处理方式仍不够科学先进，方式和效率均有待提高。

1 我国钛白工业的发展现状

随着科技的进步，人们对钛白工业的研究不断深入，从开始的只注重产量到现在的绿色生产，钛白工业的生产方式发生了重大变革。事实上虽然我国钛矿储量丰富，但目前因受限于技术手段和环境污染等问题，我们还没有做到对其进行绿色高效的充分利用。所以钛白工业目前的发展状况是机遇和挑战共存。

1.1 硫酸法

硫酸法，即将钛铁粉与浓硫酸进行酸解反应生产硫酸氧钛的方法。具体操作时首先进行水解，生成偏钛酸；然后煅烧；再经过粉碎可得到钛白产品。用此法可生产多种晶型的钛白粉。硫酸法的优点在于原料廉价易得，设备简单易操作，防腐蚀材料易解决等。当然同时也存在着缺点：生产流程长，对环境有污染，产能效率不高，而且只能以间歇操作为主。

20世纪90年代，我国的几个城市花巨资从东欧的捷克斯洛伐克引进了三条生产线来通过硫酸法制造金红石型钛。到现在为止，这些城市的生产规模和先进的实力在行业内是也是遥遥领先的［6］。而且，我国日后的钛白工业几乎都是以此为基础发展起来的。

硫酸法生产钛白粉使用的是钛铁矿和硫酸，所以在这方面我们首先需要面对的问题是资源的不足以及上涨的硫酸价格［7］。在生产过程中，除产生大量废酸外，废酸中还含有许多钛、铁、钙、镁等杂质，所以其综合利用无论在技术还是经济上都受到一定的限制［8］。尽管如此，硫酸法依然是我国钛白工业生产中的主流方法之一。可见，我国钛白产业仍存在巨大的提升空间。

1.2 氯化法

氯化法，即将含钛的原料氯化得到产物四氯化钛的反应，经精馏提纯、气相氧化后速冷，再经气固分离即可得到TiO2。

氯化法优点很多，如生产工艺简单、流程短，产品质量高、能耗少，产生的废水、废料、废渣较少，相对其他方法较环保，能实现可持续发展等。它的缺点主要有原料成本高，因为原料具有高腐蚀性，在化学工程上会存在许多问题；加之反应需要在1000℃或更高条件下进行，导致氯化法工艺虽然简单，但是成本偏高，生产过程不易调整。此外还有研发难度大，设备装置较复杂，所得产物易腐蚀等问题。

氯化法工艺的“三废”问题较硫酸法程度轻，主要是废渣问题有待解决。氯化法所产生外排废渣含有多种氯化物，均为有害废弃物，且属危险废物，需送危废渣场填埋处理，因此留下环保隐患［9］。

1.3 盐酸法

随着人们绿色生产和可持续发展意识的提高，对钛白工业生产技术的改进势在必行。因此，俄特尔纳米材料公司［美国］创发了盐酸法Altair钛白粉生产工艺［10］。该工艺将盐酸作用于钛铁矿，在分离出FeCl2后将所得钛进行加工得到初步产品，然后即可利用现有的硫酸法或氯化法处理从而得到钛白粉成品。不仅如此，该工艺巧妙地将分离出的FeCl2通过热解转变成Fe2O3固体，并使之与HCl气体和水蒸气共同返回钛铁矿分解单元作为反应介质再次参加反应，实现了盐酸的循环使用，所以该工艺只产生唯一的副产物氧化铁渣。

该工艺优点为：原料相对平价易得；实现了盐酸的100%循环利用，降低了生产成本；可生产多种晶型和各个等级的钛白粉产品，市场适应性强；产生的废弃物极少，唯一的副产物氧化铁渣可作为其它工业生产的原材料被再次利用。虽然此项工艺与以前的传统工艺相比体现出了潜在的优势，但遗憾的是，该工艺目前只能在实验室中进行，想要实现大规模工业化生产必须经过后续的研究、改善和调整［9］。钛白粉生产新工艺除了盐酸法，还出现了钛和铁资源综合开发的REPTILE工艺等其他生产技术［11］。

1.4 碱法

在碱法钛白清洁生产工艺中，碱液的循环利用是近年来的研究热点。高钛渣在碱性介质中被分解为钛酸盐，经水洗后，钛酸盐中有部分物质转化成固体，此时可通过固液分离的手段将碱液分离出来，碱液经除杂浓缩后循环再生，可返回起始的分解单元被循环利用［14—17］。碱法钛白清洁生产工艺的研究较硫酸法、氯化法等起步要晚，同时也说明了它有进一步的发展空间，对实现资源的循环利用会产生重要的推动作用。

2 其它制备钛白粉的方法及工业前景

2.1 其它制备钛白粉的方法

制造颜料钛白粉的方法，除了上述的几种外，还有：①磷酸法；②硝酸法；③用氢氟酸处理矿石然后加入碱，将制得氟钛酸盐水解的方法；④矿石与芒硝、硫酸铵、氟化钠共融制得氟化钛再水解的方法；⑤矿石与苛性钠共融制得钛酸钠再水解的方法。

2.2 工业发展前景

实际上除了硫酸法和氯化法得到了广泛应用外，其它的制法都因设备腐蚀严重、副产品处理困难、钛的回收率低、三废污染大、生产成本高等技术问题未能解决而没能实现工业化［18］。所以，目前我国面临的主要问题是研究开发新的工业方法，或通过新思路对已有方法中的弱势环节进行改进，以实现工业中的绿色循环、环保高效的生产模式，推动我国经济的健康发展。

3 结语

综上所述，我们知道目前我国钛白粉工业的技术水平还有待提高，在生产上做到节能、减排和清洁是我国钛白产业绿色高效发展的关键。我们需要整理借鉴前人经验，进行针对性的科学研究，不断对其理论实践进行丰富完善，以清洁高效目标为首要追求，同时注重切合实际，综合考虑现实状况，努力创建一种绿色环保的新型工业生产模式。

［1］田利明.2001年全国染料有机颜料生产和进出口情况回顾［A］.2002上海染料农药工业行业协会年会暨《上海染料》期刊信息发布会资料集［C］.上海：上海染料农药工业行业协会，2002：12-20.

［2］鹏博.纺织助剂现状和环保型助剂开发［J］.上海染料，2001，30（3）：1-7.

［3］章杰.禁用染料和环保型染料［M］.北京：化学工业出版社，2001.

［4］李文兵，杨成砚，黄文来，王中礼，袁章福.钛白粉材料历史、现状与发展［M］.北京：中国科学院过程工程研究所.

［5］研询报告网.2015年钛白粉市场现状与前景预测［M］，2015-09-07.

［6］毕胜.中国钛白工业的现状、特点、发展前景和政策导向建议［A］. 2009，6（12），6.

［7］李婉茹，王向工，李俊峰.硫酸法钛白生产的可持续发展研究［M］.漯河市环境监测站.

［8］唐文骞，路利民.中国钛白粉工业生产现状及发展思路［A］. 2009，（41）10.

［9］崔佳娜，任慧莉.我国钛白粉生产工艺技术的发展及比较［M］.长沙有色冶金设计研究院有限公司.

［10］Altair Nanomaterials Inc.Process titaniferous ore to titannium dioxide pigment ［P］.US Pat：6375923，2002-04-23.

［11］龚家竹.钛白粉生产工艺技术进展［J］无机盐工业，2012，44（8）：1-4.

［12］唐振宁.钛白粉的生产与环境治理［M］.北京：化学工业出版社，2000.211.

［13］陈朝华，刘长河.钛白粉生产及应用技术［M］.北京：化学工业出版社， 2006.119-131.

［14］郑诗礼，张懿，李佐虎.铬酸钾的清洁生产方法［P］.中国专利：01141683.1， 2001-10-08.

［15］李佐虎，张懿，郑诗礼.铬酸盐的生产方法［P］.美国专利：PCT/CN03/00199， 2003-03-19.

［16］Zhang Y， Li Z H， Qi T. Green Chemistry of Chromate Cleaner Production ［J］. The Chemistry， 1999，17（3）： 258-265.

［17］Liu Y M， Qi T， Chu J L， et al. Decomposition of Ilmenite by Concentrated KOH Solution under Atmospheric Pressure ［J］. Int. Miner. Process.， 2006，81（2）： 79-84.

［18］冯杨.碱法钛白清洁生产工艺中反应与分离过程研究［M］.北京化工大学： 环境工程，第一章1.5.5：26.